EP4229019B1 - Baustoffadditiv für zementbasierte baustoffe - Google Patents

Baustoffadditiv für zementbasierte baustoffe

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EP4229019B1
EP4229019B1 EP21798299.0A EP21798299A EP4229019B1 EP 4229019 B1 EP4229019 B1 EP 4229019B1 EP 21798299 A EP21798299 A EP 21798299A EP 4229019 B1 EP4229019 B1 EP 4229019B1
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EP
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building material
weight
material additive
concrete
cement
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Michael LÜBNITZ
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Ml7 Entwicklungs GmbH
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Ml7 Entwicklungs GmbH
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Publication date
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Publication of EP4229019B1 publication Critical patent/EP4229019B1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C04B40/0042—Powdery mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00482—Coating or impregnation materials
    • C04B2111/00517—Coating or impregnation materials for masonry
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/00663—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filling material for cavities or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/60—Flooring materials
    • C04B2111/62—Self-levelling compositions

Definitions

  • the invention relates to building material additives for cement-based building materials, wherein the building materials contain at least one substance selected from cement, lime, gypsum, and alumina cement.
  • the invention further relates to the use of the building material additive and to building materials containing the building material additive.
  • Such building materials include, in particular, prefabricated concrete elements and precast concrete parts, which are manufactured industrially, semi-industrially or manually and are delivered to the construction site in finished form and installed there; site-mixed concrete, i.e., concrete that is mixed on the construction site, transported to the point of use and dries and hardens at the point of use, and from which, for example, plasters, screeds, fillings, leveling compounds, and precast concrete parts are produced; and ready-mix concrete, which is produced in the mixing plant and delivered to the construction site in a transport mixer in an unhardened form.
  • site-mixed concrete i.e., concrete that is mixed on the construction site, transported to the point of use and dries and hardens at the point of use, and from which, for example, plasters, screeds, fillings, leveling compounds, and precast concrete parts are produced
  • ready-mix concrete which is produced in the mixing plant and delivered to the construction site in a transport mixer in an unhardened form.
  • the concretes used to manufacture the aforementioned products are generally based on cement as an inorganic binder. These concretes may contain gypsum, alumina cement, and lime as additional binders in varying proportions within the binder mix. The binder mix is then blended with water. Typically, aggregates such as gravel, sand, and crushed stone, as well as admixtures like ash, blast furnace slag, or silica dust, and chemical additives are added to the concrete to improve, achieve, or prevent specific properties in the finished concrete or to optimize the mixing process.
  • aggregates such as gravel, sand, and crushed stone, as well as admixtures like ash, blast furnace slag, or silica dust, and chemical additives are added to the concrete to improve, achieve, or prevent specific properties in the finished concrete or to optimize the mixing process.
  • the water content in cement-based mixes can be reduced by using superplasticizers.
  • superplasticizers are commonly used to facilitate workability and make the concrete easier to handle.
  • the disadvantage of surfactants is that they create air voids, which can reduce the density of, for example, a screed or a precast concrete element to such an extent that the required minimum strengths are no longer achieved. Products made from ready-mix concrete or site-mixed concrete often fail to reach the required strengths as a result.
  • plasticizers reduce the water content in the concrete mix, they don't necessarily lead to faster drying. Although there is less water in the concrete, this water doesn't migrate out of the structure more quickly. Similarly, in screed, plasticizers do result in less water being used, but because the remaining water doesn't migrate out of the structure any faster, no accelerated drying time is achieved. Therefore, a lower water content in a concrete mix doesn't automatically lead to shorter drying times or faster drying.
  • US 4126470 A concerns a cementitious composition which includes, among other things, polyethylene glycol, and addresses the amount of mixing water in relation to setting and hardening times.
  • the object of the invention was therefore to develop a building material additive that significantly accelerates the drying of building materials.
  • the moisture must demonstrably leave the concrete and not merely be “encapsulated” or rendered “invisible” to measuring devices.
  • Existing moisture must not be masked to the point of being undetectable, as such a procedure only postpones the escape of moisture and the associated damage.
  • the residual moisture test should be carried out according to standards, ensuring that no elevated residual moisture values need to be approved.
  • Another task was to ensure that, despite improved drying properties, the strength was not adversely affected, but rather – on the contrary – increased strength and early strength (flexural and/or compressive strength) could be achieved.
  • the task was to reduce the amount of water that needs to be added to the concrete during production, because the less water is present in the concrete at the beginning, the less water needs to be released from the concrete later to achieve the desired residual moisture.
  • the building material additive should be easy to dose and incorporate into the binder mix. It should enable faster demolding, transport, and installation of precast concrete elements, faster drying of screeds, and faster drying of ready-mix concrete.
  • the additive should be suitable for all types of concrete, and especially for screeds, leveling compounds, all types of backfill, and precast concrete elements.
  • the maximum permissible residual moisture content of concrete and gypsum mixtures should be reached in a shorter time than is currently possible.
  • the goal was to reduce the residual moisture to below 3.1% within three days to achieve "readiness for covering," meaning the point at which subsequent trades, building upon the dried screed, can begin their work.
  • the screed In addition to accelerated drying, the screed must also achieve the flexural strength required by standards.
  • components a and b already accelerate the drying process, but the combination of the three components a), b), and c) is preferable in its mode of action.
  • the building material additive according to the invention ensures that less water needs to be added for the mixing process. At the same time, the resulting concrete exhibits a higher density compared to conventionally produced concrete. It exhibits higher strength. Finally, the building material additive according to the invention significantly improves the workability of the concrete.
  • cement-based building material means that it is a building material mix, i.e., a mixture of binder, gravel, and water, in which the binder consists of at least 50% by weight, in particular at least 60% by weight, and most preferably at least 70% by weight, cement, while other binders, such as gypsum, lime, or alumina cement, are present in total in a maximum of 49% by weight, in particular at a maximum of 40% by weight, and most preferably at a maximum of 30% by weight.
  • the binder is particularly preferably a CEM I according to DIN EN 197, as this more reliably achieves the required strengths.
  • Screeds treated with the building material additive according to the invention are ready for covering after three to seven days.
  • the maximum residual moisture content is consistently below the limit, the water is demonstrably released from the system, and no harmful absorption occurs.
  • the addition of further additives or other aids to achieve accelerated drying is not necessary.
  • Concrete including screeds and concretes that need to be compacted, provided with the building material additive according to the invention can be processed considerably more easily.
  • the building material additive reduces the water requirement of a concrete mix, thus acting as a plasticizer.
  • the example of screed demonstrates that the water requirement decreases significantly during screed production in the screed mixer. With a mixer volume of 200 liters, the water requirement for a CTF4 screed is 34 liters. Depending on the type and moisture content of the aggregate and the binder used, this water requirement is reduced by 10-25%.
  • the concretes used to manufacture the products listed under points 1 to 5 are generally based on cement as an inorganic binder. These concretes can be particularly well-suited to containing gypsum, alumina cement, and lime in varying proportions as additional binders in the binder mix. Aggregates such as gravel, sand, and crushed stone, as well as admixtures like ash, blast furnace slag, or silica dust, and chemical additives are typically added to the concrete to improve, achieve, or prevent specific properties in the finished concrete or to optimize the mixing process.
  • the proportion of component a) is particularly preferably at least 40 wt.%, in particular at least 50 wt.%, preferably at least 55 wt.%, particularly preferably at least 60 wt.%, in particular at least 65 wt.%.
  • the maximum proportion of component a) is preferably at most 90 wt.%, in particular at most 85 wt.%, more preferably at most 80 wt.%.
  • a particularly preferred range for component a) is from 50 to 90 wt.%, more preferably 55 to 85 wt.%, and more preferably from 65 to 80 wt.%.
  • the proportion of component b) is particularly preferably at least 10 wt.%, in particular at least 12 wt.%, and preferably at least 15 wt.%.
  • the maximum proportion of component b) is preferably at most 40 wt.%, in particular at most 35 wt.%, and particularly preferably at most 30 wt.%.
  • a particularly preferred range for component b) is from 10 to 40 wt.%, preferably 12 to 35 wt.%, and more preferably from 15 to 30 wt.%.
  • the proportion of component c) is particularly preferably at least 0.1 wt.%, in particular at least 0.5 wt.%, more preferably at least 1 wt.%, further preferably at least 2 wt.%, even more preferably at least 5 wt.%, in particular at least 7 wt.%.
  • the maximum proportion of component c) is preferably at most 35 wt.%, in particular at most 30 wt.%, in particular at most 25 wt.%.
  • a particularly preferred range for the Component c) is in the amount of 0.1 to 35 wt.%, preferably 2 to 30 wt.%, more preferably 4 to 25 wt.%.
  • Such a composition results in particularly fast drying while simultaneously ensuring good workability of the building material.
  • any defoamer is suitable.
  • silicone-based defoamers are less suitable because they reduce the concrete's strength.
  • defoamers that are only stable within certain temperature ranges, those that are not frost-resistant, or those that require a specific pH value that differs from that of the binder dissolved in water.
  • the polyethylene glycol (PEG), also known as macrogol, used preferably has a molecular weight Mw of at least 200 g/mol, particularly at least 500 g/mol, preferably at least 1,000 g/mol, and most preferably at least 1,500 g/mol. More preferably, the PEG used has a molecular weight of up to 20,000 g/mol, preferably up to 10,000 g/mol, and most preferably up to 8,000 g/mol.
  • the molecular weight of the polyethylene glycol is preferably from 200 to 20,000 g/mol, particularly from 500 to 15,000 g/mol, and most preferably from 1,000 to 10,000 g/mol and most preferably from 1,500 to 8,000 g/mol.
  • a preferred embodiment may also use methoxy polyethylene glycol (MPEG), i.e., methylated polyethylene glycol, or a mixture of one or more PEGs and/or one or more MPEGs as component a).
  • MPEG methoxy polyethylene glycol
  • the MPEG used preferably has a molecular weight Mw of at least 200 g/mol, in particular at least 500 g/mol, and preferably at least 750 g/mol.
  • the PEG used preferably has a molecular weight of up to 20,000 g/mol, preferably up to 10,000 g/mol, and particularly preferably up to 5,000 g/mol, and especially up to 2,000 g/mol.
  • the use of MPEG positively influences the overall drying rate by limiting the time delay caused by the drying process, since the drying process is linear.
  • Component b) is a natural or synthetic resin that becomes water-soluble through chemical modification. This is achieved by ethoxylating the resin. Ethoxylating is the addition of ethylene oxide (oxirane) to the resin. The process is well known to those skilled in the art.
  • Possible synthetic resins that can be used for the present invention are phenolic resins, epoxy resins, polyester resins, acrylonitrile butadiene styrene resins (ABS resins), polyacrylates, alkyd resins, polyurethane resins, polyamide resins, vinyl ester resins and furan resins.
  • Natural resins are particularly preferred for the present invention.
  • Natural resins particularly preferred are tall oil, root resin, balsam resin, resins referred to as rosin, and other amber-based resins and adducts of maleic acid; rosin, in particular, is a preferred natural resin.
  • Further preferred compounds as component b) are diterpenic acids and triterpenic acids and their soaps (especially potassium and sodium soaps).
  • diterpenic acids are abietanes, especially abietic acid, neoabietic acid, levopimaric acid, palustric acid, and dehydroabietic acid, as well as pimarans and isopimarans, especially pimaric acid, sandaracopimaric acid, and podocarpic acid, and labdanes, especially copalic acid, eperueic acid, labdanolic acid, and polyalthiic acid. Pinifolic acid.
  • the following substances are particularly preferred: dammarolic acid, tirucallanes, especially (iso)masticadienonic acid, elemolic acid and elemonic acid, oleananes, especially oleanonic acid, oleanolic acid, moronic acid and ⁇ -boswellic acid, ursanes, especially ursolic acid, ursonic acid and ⁇ -boswellic acid, as well as the lupane lupeolic acid.
  • the aromatic acids cinnamic acid and benzoic acid, as well as their benzyl and other esters, are also particularly suitable.
  • Silicone-based defoamers weaken the concrete structure and reduce the final strength of concrete because, as experts know, silicone inhibits crystal formation in concrete.
  • the use of silicone-based defoamers is possible, but only advisable if the required minimum concrete strengths are achieved. In screed production, this would lead to an increased use of cement, which is why silicone-based defoamers are less suitable. Their use is only advisable when the building material additive must be added in powder form.
  • Polymer-based defoamers are temperature-sensitive. At low temperatures, frost damage can occur, necessitating laborious warming of the building material additive. Frost damage is often irreversible; the building material additive loses its effectiveness completely and must be disposed of. At excessively high temperatures, the defoamer in the building material additive can at least partially lose its effectiveness and requires costly disposal.
  • Mineral oil-based defoamers are particularly preferred for the present invention, although they can also be sensitive to frost; however, any reduction in effectiveness due to frost is usually reversible. High temperatures (>35°C) are generally not a problem.
  • polymer-based defoamers mineral oil-based defoamers, or defoamers based on vegetable or animal oils are preferred, with polymer-based and mineral oil-based defoamers being particularly preferred.
  • Particularly preferred polymer-based defoamers are those based on polyalkylene glycol ethers.
  • Oil-based defoamers can be in the form of an emulsion or a concentrate. All tested variants fulfill their purpose and remove air pores from an aqueous solution of components a) and b).
  • a product example of a mineral oil-based defoamer is Dispelair 268 from BCD Chemie, Hamburg, or BC2370 from Hoesch Chemie, Düren.
  • Vegetable oils are preferably in the form of a combination of mono- or diglycerides of a fatty acid.
  • An example is the emulsifier E471, which is used in the food industry in bread and baked goods.
  • Polydimethylsiloxane and silicone mixtures are also suitable as defoamers, with the molecular weight (Mw) appearing to be irrelevant.
  • Product examples include Dispelair 392 from BCD Chemie, Hamburg, and Hoesch FDP from Hoesch Chemie, Düren, which deliver comparable drying results to oil-based defoamers, but may exhibit weaknesses in final strength after 28 days.
  • Tri-butyl phosphate and triisobutyl phosphate are also very suitable compounds as defoamers. These substances are particularly effective at destroying or neutralizing the air pores formed by polyethylene glycol and ethoxylated natural resin or ethoxylated synthetic resin (components a) and b)), which can impair the stability of the building material. This prevents the formation of foam bubbles and results in an exceptionally favorable packing structure of the building material, leading to improved and simplified processing of the concrete. The labor required for screed production is thus reduced by at least 10%.
  • the building material additive may contain an additional component that imparts further beneficial properties to the building material.
  • Suitable additional components include a salt, a pH adjuster, an antioxidant, a processing aid, a liquefier, a colorant, and/or a preservative.
  • additional components commonly used in concrete and gypsum are salts like calcium nitrate, pH adjusters, antioxidants, or preservatives.
  • the proportion of such optional additional components, if present, is preferably lower than that of the active ingredient and is preferably a maximum of 70% by weight, and particularly preferably not more than 20% by weight of the active ingredient.
  • the building material additive can be added to the binder mix as a powder without any further additives. If the additive is in powder or other dry form, it can be added to the cement powder or any other component of the concrete.
  • One method of producing the additive as a powder is freeze-drying.
  • the construction additive can thus be produced and used as a dry solid, as a powder, or in any other non-liquid form.
  • the components or the construction additive as a whole can be freeze-dried, and/or solid or powdered variants of components a, b, and/or c are selected and added as a mixture either to the dry components of the concrete or to the mixing water.
  • the construction additive initially in liquid form, is freeze-dried as a whole and added to the binder mix or the entire construction mix, i.e., the mixture of the binder mix and the other solids such as aggregates, admixtures, and/or additives.
  • a finished binder mix or construction mix including the construction additive is obtained, so that only water needs to be added.
  • the building material additive is added to the binder mix as a liquid, dissolved in water as an auxiliary agent, so that it is preferably present as an aqueous liquid building material additive.
  • the water content is particularly advantageously 0.1 to 95 wt.%, preferably 15 to 90 wt.%, particularly 25 to 85 wt.%, and most preferably 35 to 80 wt.%, based on the total building material additive-water solution.
  • the building material additive can therefore be present as pure active ingredient components and thus be highly concentrated.
  • concentration of active ingredient components a, b, and c can be 100% by weight if no other substance/additional component is added to the building material additive, which is preferred.
  • the building material additive can also be present in a diluted aqueous solution and added as a liquid.
  • the latter allows for particularly easy dosing.
  • a preferred water-to-active-ingredient ratio is between 20:80 and 80:20. Such concentrations enable precise dosing to ensure the desired amount of active ingredient is present in the final product.
  • the concentration of the additive in the mixing water, and therefore in the overall mixture is considerably lower.
  • the concentration is then in the per mille range.
  • Preferably, between 0.3 and 7 wt. ⁇ , and especially between 0.5 and 3 wt. ⁇ , of building material additive is added to 1 liter of mixing water. Despite this seemingly low concentration, the building material additive is fully effective.
  • the moisture content of the gravel must be taken into account when determining the amount of mixing water.
  • the building material additive is preferably present in the finished screed mix at a concentration of 0.05 to 1 wt. ⁇ , and particularly 0.1 to 0.5 wt. ⁇ .
  • the required amount of the building material additive should be proportional to the amount of cement used, but is influenced by factors such as cement quality, cement fineness, cement particle size distribution, and impurities in the cement.
  • the liquid building material additive can be added to the mixing water or to any component of the concrete. However, addition to the mixing water is preferred.
  • the building material additive can also exist in intermediate forms, neither solid nor liquid, i.e. as a gel or viscous mass.
  • the invention further relates to the use of the building material additive as a drying accelerator to accelerate the drying process of building materials.
  • the building material additive according to the invention has excellent drying-accelerating properties and makes it possible to achieve the residual water contents required by the relevant standards within a shorter time than is the case with conventional cement-based building materials without the building material additive according to the invention.
  • cement-based building material means that it is a building material mix, i.e., a mixture of binder, gravel, and water, in which the binder consists of at least 50 wt.%, in particular at least 60 wt.%, and most preferably at least 70 wt.% cement, while other binders, such as gypsum and lime, are present in total at a maximum of 49 wt.%, in particular at a maximum of 40 wt.%, and most preferably at a maximum of 30 wt.%.
  • the binder is particularly preferably a CEM I according to DIN EN 197, as this more reliably achieves the required strengths.
  • the weight fraction of the building material additive in the mixture of building material and building material additive is preferably from 0.05 to 1 wt.- ⁇ , in particular from 0.1 to 0.5 wt.- ⁇ .
  • the use of the building material additive according to the invention results in higher strength values than without the additive, which thus also acts as a strength enhancer for concrete and concrete products. Therefore, the present invention also relates to the use of the building material additive according to the invention as a strength enhancer for concrete and concrete products. Concrete with the building material additive according to the invention exhibits increased strength and early strength (flexural and/or compressive strength).
  • the building material additive according to the invention reduces the water requirement of a concrete mix; the additive thus acts as a plasticizer.
  • the example of screed demonstrates that the water requirement for screed production in a screed mixer decreases considerably. With a mixer volume of 200 liters, the water requirement for a conventional CTF4 screed is 34 liters. Depending on the type and moisture content of the The water requirement for the gravel and cement used is reduced by 10-25% when using the building material additive according to the invention.
  • the present invention therefore further relates to the use of the building material additive according to the invention as a processing aid for concrete.
  • the building material additive according to the invention preferably exhibits all of the effects simultaneously, i.e., it acts as a drying accelerator, a processing aid, a plasticizer, and a strength enhancer for cement-based concrete.
  • the building material additive according to the invention significantly improves and simplifies concrete processing in many respects.
  • the present invention relates to cement-based building materials containing the building material additive according to the invention.
  • the building material is, in particular, a prefabricated concrete element, a concrete formwork, site-mixed concrete, ready-mix concrete, or a screed, especially a self-leveling screed.
  • the binder mix or the entire building material mix that is, the mixture of the binder mix and other solids such as aggregates, additives, and/or other materials—contains the building material additive in freeze-dried form.
  • the building material additive initially produced as a liquid, is freeze-dried as a whole and then added to the binder mix or the building material mix. This results in a ready-to-use binder mix or building material mix including the building material additive, so that only water needs to be added. In this way, rapid-setting cement or rapid-setting concrete is produced.
  • the building material may contain other common additives. Examples include corrosion inhibitors, plasticizers, shrinkage reducers, or pigments.
  • the present invention is particularly suitable for screeds, as it reduces drying time, processing effort, initial water requirements and strength development. This is often of particular importance for screeds, as the readiness for covering is a crucial factor and the fastest possible drying of a screed in construction is highly desirable.
  • components comprising cement, aggregate, water, and the inventive building material additive are mixed to obtain a screed mixture.
  • F4 stands for a flexural strength after 28 days of at least 4.0 N/ mm2 or more
  • cement preferably Portland cement Cem I
  • gravel 1705 kg gravel 1705 kg
  • water 170.1 kg gravel
  • the order in which the components are mixed is arbitrary. However, it is preferable to add the building material additive to the water.
  • the usual mixing instructions for the production of such cement mixtures must be followed.
  • cement is an inorganic, hydraulic binder. Upon the addition of water, hydrates form from the cement clinker phases, binding the water and causing the cement paste to solidify and harden, forming the cement stone or cement product.
  • Cement preferably comprises Portland cement.
  • clinker or cement clinker is finely ground, either alone or with other main components and/or up to 5 wt.% minor components.
  • Calcium sulfate (gypsum and/or anhydrite) is also added as a minor component to regulate the setting process.
  • main and/or secondary components used in cement production include latent hydraulic and/or pozzolanic and/or inert additives. Examples include granulated blast furnace slag, pozzolans, and tempered phonolite. or trass, fly ash, burnt oil shale, limestone flour, and silica fume. Cements are classified according to their composition. Various standards exist for this purpose, some of which are country-specific, e.g., DIN EN 197-1, which classifies cements with respect to the proportion of cement clinker and, if present, the type and quantity of other components.
  • the additive according to the invention is suitable for all types of cement, in particular for Portland cement and Portland composite cements, which, in addition to Portland cement, comprise, for example, at least one further main component selected from granulated blast furnace slag, silica fume, pozzolans, fly ash, burnt oil shale, or limestone.
  • Portland composite cements are preferred for screeds.
  • the preferred cement is therefore CEM I (Portland cement) or CEM II (Portland composite cement).
  • CEM I and CEM II/A or CEM II/B cements with limestone flour of class 42.5 R or 42.5 N are particularly suitable for screeds.
  • cement types classified according to other standards are also suitable.
  • the binder mix may contain alumina cement. While alumina cement is expensive, it aids the hardening of Portland cement. This hardening can occur so rapidly that the solids mix must be slowed down to remain workable. Portland/alumina cement shrinks considerably. The drying rate and shrinkage make alumina cement an impractical component of screed, although other applications may favor this combination. Even in screed, the binder mix used may contain small amounts of alumina cement, with no more than 5% by weight, preferably no more than 1% by weight, based on the total weight of the binder mix. However, as mentioned, this is not preferred.
  • a screed mix can contain, for example, aggregates with a maximum size of up to 4 mm, or concrete with a maximum size of up to 8 mm. Screeds are applied to all types of floors to provide a solid, level base.
  • the screed mix is preferably not a self-leveling screed.
  • Example 1 Screed CTF4 with flexural strength after 28 days > 4.0 N/ mm2
  • the mixing is usually done in a screed mixer, which typically has a mixing volume of 200 to 220 liters.
  • the mixing sequence is arbitrary, but the following order has become established in practice: 1. Partial quantity of gravel, 2. Cement, 3. Water, 4. Remaining quantity of gravel.
  • the building material additive is added to the water beforehand to ensure better distribution in the mixer.
  • Example 2 Ready-mix concrete for floor slabs, strength class C 2025:
  • Ready-mix concrete of class C2025 consists of the components cement, water, aggregates and additives.
  • the mixing usually takes place at the ready-mix concrete plant, and delivery to the construction site is made by truck mixer.
  • the mixing sequence is arbitrary during concrete production; however, in practice, it has proven beneficial to add the additives to the mixing water to ensure better distribution within the mix.
  • Example 3 Precast concrete elements, wall elements, strength class C 2025:
  • a concrete of class C2025 consists of the components cement, water, aggregates and additives.
  • Example 4 Screed CTF5, flexural strength after 28 days > 5.0 N/mm2):
  • the mixing is usually done in a screed mixer, which typically has a mixing volume of 200-220 liters.
  • the mixing sequence is the same, but the following order has become established in practice: 1. Partial quantity of gravel, 2. Cement, 3. Water, 4. Remaining quantity of gravel.
  • the building material additive is added to the water beforehand so that it is better distributed in the mixer.
  • the mixture is prepared directly on the construction site.
  • the mixing order for the concrete is arbitrary, however, in practice it has proven beneficial to add the additives to the mixing water so that they are better distributed throughout the mixture.
  • Test method 1 Gravimetric moisture measurement (also drying in a kiln)
  • a sample of the prepared example mixture is taken and the non-chemically bound moisture is extracted at 105°C.
  • the weight difference between the initial and final weights, assuming constant weight, is divided by the final weight to determine the residual moisture content in %.
  • Test method 2 Calcium carbide method.
  • CM bottle a sample is taken and placed in a bottle (a "CM bottle"). Steel balls and glass ampoules filled with calcium carbide are added. The CM bottle is then shaken, releasing the calcium carbide. The remaining water in the sample reacts with the calcium carbide, producing a gas. The resulting gas pressure is measured, and the residual moisture content is determined from this measurement.
  • the drying behavior of the example mixtures differs, with the drying time of the variants with building material additive always being shorter than that without building material additive within the scope of this patent specification.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Baustoffadditive für Baustoffe auf Zementbasis, wobei die Baustoffe mindestens eine Substanz, ausgewählt aus Zement, Kalk, Gips und Tonerdeschmelzzement enthalten. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Baustoffadditivs sowie Baustoffe, die das Baustoffadditiv enthalten.
  • Solche Baustoffe umfassen insbesondere vorgefertigte Fertigbetonelemente und Betonformteile, die industriell, halbindustriell oder manuell hergestellt werden und in fertiger Form auf die Baustelle geliefert und dort verbaut werden, Baustellenbeton, also Beton, der erst auf der Baustelle gemischt, zum Verbaupunkt gebracht und am Verbaupunkt trocknet und aushärtet und aus dem z.B. Putze, Estriche, Verfüllungen, Ausgleichsmassen, Betonformteile hergestellt werden, und Transportbeton, der im Mischwerk hergestellt und im Transportmischer in nicht ausgehärteter Form an die Baustelle angeliefert wird.
  • In der Regel basieren Betone, aus denen die oben genannten Produkte hergestellt werden, auf Zement als anorganischem Bindemittel. Diese Betone können als zusätzliches Bindemittel Gips, Tonerdeschmelzzement und Kalk in variierenden Anteilen im Bindemittelmix enthalten. Der Bindemittelmix wird mit Wasser gemischt. Üblicherweise werden dem Beton Aggregate wie Kies, Sand und Schotter, Beimahlstoffe wie Aschen, Hochofenschlacken oder Silikastäube und chemische Additive zur Verbesserung, Erzielung oder Vermeidung bestimmter Eigenschaften im fertigen Beton oder zur Optimierung des Mischprozesses zugegeben.
  • Der Markt fordert eine schnellstmögliche Herstellung, Weiterbearbeitung und Einbau der genannten Produkte. Das wird durch beschleunigte Trocknung bei gleichzeitigem Erreichen erforderlicher Festigkeiten und anderer geforderter technischer Eigenschaften erreicht. Das Ziel kann also sein, eine maximal erlaubte Restfeuchte oder eine Mindestfestigkeit dieser Produkte schnellstmöglich zu erreichen, dauerhaft einzuhalten und zu unterschreiten. Gleichzeitig sollte dabei, eine verbesserte, leichtere Verarbeitung bei der Herstellung und Anwendung des Produkts einhergehen und, wenn möglich, der gewohnte Arbeitsablauf bei der Produktherstellung nicht oder nur geringfügig geändert werden.
  • Die Herstellung und Verarbeitung von Betonmischungen für Estrich, Fertigteile oder Transportbeton für Bodenplatten oder Wandelemente hat sich in den vergangenen Jahren nicht grundlegend verändert. Innovationen sind eher auf dem Gebiet von Zusatzmitteln oder Additiven zu beobachten als bei Betonen selbst.
  • Um eine schnellere Trocknung zu erreichen, kann der Wassergehalt in zementbasierten Mischungen durch den Einsatz von Fließmitteln reduziert werden, jedoch wird dadurch der Beton oft schwerer zu verarbeiten, und die Endfestigkeit reduziert sich zum Teil erheblich. Um die Verarbeitung zu erleichtern und den Beton leichtgängig zu machen, werden üblicherweise Tenside eingesetzt. Der Nachteil von Tensiden ist, dass sich Luftporen bilden, deren Einsatz die Dichte zum Beispiel eines Estrichs oder eines Fertigbetonteils soweit reduzieren kann, dass geforderte Mindestfestigkeiten nicht mehr erreicht werden. Auch Produkte aus Transportbeton oder Baustellenbetons erreichen so die geforderten Festigkeiten oft nicht.
  • Fließmittel reduzieren zwar den Wasseranteil im Betongemisch, führen aber nicht zwangsläufig zu einer schnelleren Trocknung, da sich zwar weniger Wasser im Beton befindet, dieses Wasser aber nicht die Neigung hat, sich schneller aus dem Gefüge zu bewegen. Betrachtet man Estrich, bewirkt Fließmittel zwar einen geringeren Wassereinsatz, da aber das verbleibende Wasser sich nicht schneller aus dem Gefüge bewegt, wird keine beschleunigte Belegreife erreicht, Im Ergebnis führt ein geringerer Wassergehalt einer Betonmischung nicht zwangsläufig zu verkürzten Trocknungszeiten und schnellerer Belegreife.
  • US 4126470 A betrifft eine zementäre Zusammensetzung, die inter alia Polyethylenglykol umfasst, und thematisiert die Menge an Anmachwasser im Zusammenhang mit den Abbinde- und Erhärtungszeiten.
  • Grundsätzlich sind heutige Betone schneller trocken und Estriche deutlich früher belegreif als vor 20 Jahren. Unter optimalen Bedingungen sind im Estrich Restfeuchten von nicht mehr als 3,1 Massen-% nach 14 bis 28 Tagen möglich, wobei die Trocknungszeit u.a. von der Aufbauhöhe des Estrichs, der Qualität der eingesetzten Rohstoffe und der Menge des bei der Herstellung eingesetzten Wassers abhängt. Kleine Abweichungen der optimalen Mischungen und Abläufe bei der Herstellung können leicht zu Trocknungszeiten von mehr als 90 Tagen führen.
  • Neuere Entwicklungen versprechen Belegreife nach drei Tagen unter sehr speziellen Bedingungen, die in der Realität nicht oder nur mit erheblichem Aufwand erreicht werden. So beträgt die Verarbeitungszeit unter 45 Minuten, d.h. die Verarbeitung muss innerhalb von 45 Minuten abgeschlossen sein, und außerdem sind diese Systeme sehr teuer. Sie werden daher nur in Sonderfällen eingesetzt (max. 1 % aller Baustellen).
  • Der Markt fordert eine frühe Trocknung von Betonprodukten jeder Art, die unter normalen Baustellen- oder Herstellungsbedingungen erreicht werden soll. Im Bereich des Estrichbaus wird eine Belegreife nach sieben Tagen dringend gesucht. Optimal wäre eine noch frühere Belegreife nach drei Tagen. Gleichzeitig sollen die Kosten für Zusatzmittel die Gesamtkosten des Gewerks nur geringfügig erhöhen. Bei der Herstellung von Betonfertigteilen erlauben Trocknungsbeschleuniger ein schnelleres Ausschalen aus der Form und damit eine wirtschaftlichere Nutzung der eingesetzten Fertigungsanlagen. Im Bereich des Transportbetons gibt es eine sehr große Anzahl von Anwendungen, denen jeweils eine andere Rezeptur von Bindemittel und Zuschlagstoffen zugrunde liegt.
  • Die Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Baustoffadditiv zu entwickeln, das die Trocknung von Baustoffen erheblich beschleunigt. Dabei muss die Feuchte den Beton nachweislich verlassen und nicht nur "eingehaust" oder für Messgeräte "unsichtbar" gemacht werden. Vorhandene Feuchte darf nicht so maskiert werden, dass sie zunächst nicht mehr detektierbar ist, da ein solches Vorgehen das Entweichen der Feuchte und damit einhergehenden Schäden nur in die Zukunft verlagert. Idealerweise sollte die Restfeuchteprüfung nach Norm erfolgen und zwar so, dass keine erhöhten Restfeuchtewerte freigegeben werden müssen.
  • Eine weitere Aufgabe bestand darin, trotz verbesserter Trocknungseigenschaften sicherzustellen, dass die Festigkeit nicht nachteilig beeinflusst wird, sondern - im Gegenteil - eine erhöhte Festigkeit und Frühfestigkeit (Biegezug- und/oder Druckfestigkeit) erreicht werden kann.
  • Weiterhin war eine verbesserte Verarbeitbarkeit des Betons wünschenswert, da diese die Handhabung auf der Baustelle maßgeblich vereinfachen würde.
  • Schließlich war es eine Aufgabe, die Menge an Wasser, die dem Beton bei der Herstellung zugesetzt werden muss, zu reduzieren, denn je weniger Wasser zu Beginn im Beton vorhanden ist, umso weniger Wasser muss später auch vom Beton abgegeben werden, um die gewünschte Restfeuchte zu erreichen.
  • Das Baustoffadditiv sollte einfach zu dosieren und in den Bindemittelmix einzubringen sein. Betonfertigteile sollen schneller ausgeschalt, transportiert und verbaut werden können, Estriche sollen schneller belegreif werden und Transportbetone sollen schneller trocknen. Das Baustoffadditiv soll für Betone aller Art und insbesondere für Estriche, Ausgleichsmassen, Verfüllungen jeder Art und Betonfertigteile einsatzfähig sein.
  • Die maximal erlaubte Restfeuchte von Betonen und Gipsmischungen sollte in kürzerer Zeit erreicht werden als derzeit möglich. Am Beispiel eines Estrichs war das Ziel, die Restfeuchte innerhalb von 3 Tagen unter 3,1% zu reduzieren, um "Belegreife" zu erreichen, also den Punkt, an dem die Folgegewerke, die auf den getrockneten Estrich aufbauen, mit ihrer Arbeit beginnen können. Dabei muss neben der beschleunigten Trocknung auch die nach Norm geforderte Biegezugfestigkeit des Estrichs erreicht werden.
  • Überraschenderweise wurde festgestellt, dass ein Baustoffadditiv für Baustoffe auf Zementbasis bestehend aus einer Wirkkomponente, die aus folgenden Substanzen besteht:
    1. a) 35 bis 95 Gew.-%, insbesondere 50 bis 90 Gew.-%, mindestens eines Polyethylenglykols,
    2. b) 5 bis 45 Gew.-%, insbesondere 10 bis 40 Gew.-%, mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichen ethoxylierten Harzen und ethoxylierten Kunstharzen, und
    3. c) 0 bis 40 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 35 Gew.-%, mindestens eines Entschäumers,
    wobei die Summe der Komponenten a), b) und c) 100 Gew.-% ergibt, diese Aufgaben löst und, dem Anmachwasser des Bindemittels oder Bindemittelmix beigegeben, die Trocknung von Betonen und zementbasierten Bindemittelmischungen extrem beschleunigt.
  • Dabei ist zu beachten, dass die beiden Komponenten a und b den Trocknungsvorgang bereits beschleunigen, jedoch die Kombination der drei Komponenten a), b) und c) in der Wirkweise bevorzugt ist. Ferner sorgt das erfindungsgemäße Baustoffadditiv dafür, dass für den Anmachvorgang weniger Wasser zugegeben werden muss. Gleichzeitig weist der entstehende Beton eine - verglichen mit herkömmlich hergestelltem Beton - höhere Festigkeit auf. Schließlich erleichtert das erfindungsgemäße Baustoffadditiv die Verarbeitbarkeit des Betons maßgeblich.
  • Die Formulierung "Baustoff auf Zementbasis" bedeutet dabei, dass es sich um einen Baustoffmix, also eine Mischung aus Bindemittel, Kies und Wasser handelt, bei dem das Bindemittel zu mindestens 50 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 60 Gew.-% und besonders bevorzugt zu mindestens 70 Gew.-% aus Zement besteht, während andere Bindemittel wie insbesondere Gips, Kalk oder Tonerdeschmelzzement insgesamt zu maximal 49 Gew.-%, insbesondere maximal 40 Gew.-% und besonders bevorzugt zu maximal 30 Gew.-% enthalten sind. Besonders bevorzugt weist das Bindemittel einen CEM I nach DIN EN 197 auf, da dieser die benötigten Festigkeiten verlässlicher erreicht.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Baustoffadditiv versehene Estriche, sind nach drei bis sieben Tagen belegreif. Die maximale Restfeuchte ist nachhaltig unterschritten, das Wasser wird nachweislich aus dem System abgegeben und es findet keine schädliche Resorption statt. Die Beigabe weiterer Additive oder anderer Hilfsmittel zum Erreichen der beschleunigten Trocknung ist nicht erforderlich.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Baustoffadditiv versehener Beton, auch Estriche und Betone, die verdichtet werden müssen, lassen sich erheblich leichter verarbeiten.
  • Das Baustoffadditiv bewirkt eine beschleunigte Trocknung des Bindemittelgemisches, bei der:
    1. 1. das eingesetzte Anmachwasser nachweislich entweicht, aber
    2. 2. gleichzeitig die für die Hydratation hinreichende Menge Wasser im Bindemittelmix verbleibt und
    3. 3. keine schädigende Resorption stattfindet.
  • Grundsätzlich ist zu hinterfragen, ob die durch das Baustoffadditiv reduzierte verfügbare Wassermenge, die für die Hydratation bereitsteht, das Betongefüge derart an der Kristallisation hindert und derart schwächt, dass geforderte Mindestfestigkeiten nicht mehr erreicht werden. Es zeigt sich jedoch das Gegenteil. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Baustoffadditivs können höhere Festigkeitswerte erreicht werden als ohne das Baustoffadditiv.
  • Des Weiteren ist wichtig, dass das Baustoffadditiv den Wasserbedarf einer Betonmischung reduziert, er also als Fließmittel wirkt. Am Beispiel Estrich zeigt sich, dass der Wasserbedarf bei der Herstellung des Estrichs im Estrichmischer erheblich sinkt. Bei einem Mischervolumen von 200 Litern beträgt der Wasserbedarf eines CTF4 Estrichs 34 Liter. Abhängig von der Art und Feuchte des eingesetzten Kieses und des verwendeten Bindemittels wird dieser Wasserbedarf um 10-25% reduziert.
  • Die vorliegende Erfindung ist in breitem Spektrum einsetzbar. Das Baustoffadditiv kann in Beton, der als Bindemittel Zement, hier bevorzugt Zement der Normklasse CEM I oder eine Bindemittelmixtur, welche Zement, Kalk, Gips, Tonerdeschmelzzement oder eine Mischung daraus enthält, enthält, eingesetzt werden, wobei Zement in jedem Fall zu mindestens 50 Gew.-% enthalten ist, es sich also um einen Baustoff auf Zementbasis handelt. Die Anzahl an Produkten und deren Varianten, die mit diesen Bindemitteln und dem erfindungsgemäßen Baustoffadditiv trocknungsbeschleunigt hergestellt werden können, ist weit. So ist der Einsatz des Baustoffadditivs bei der Herstellung aller eingangs genannten Produkte möglich:
    Solche Baustoffe umfassen insbesondere
    1. 1. vorgefertigte Fertigbetonelemente und Betonformteile, die industriell, halbindustriell oder manuell hergestellt werden und in Ihrer fertigen Form auf die Baustelle geliefert und dort verbaut werden, z.B. Fertigelemente für den Hausbau oder Kanalisationsbau, Bahnschwellen, Bordsteine, individuelle oder standardisierte Fertigelemente, Sichtbetonelemente, um nur einige zu nennen;
    2. 2. Baustellenbeton, also Beton, der erst auf der Baustelle gemischt, zum Verbaupunkt gebracht und am Verbaupunkt trocknet und aushärtet (hydratisiert), z.B. Bodenplatten, Deckenplatten, Schalungsverfüllungen, Putze, Estriche, Verfüllungen, Ausgleichsmassen, Sichtbetonelemente;
    3. 3. Transportbeton, der im Mischwerk hergestellt und im Transportmischer flüssig an die Baustelle angeliefert wird und aus dem z.B. die unter 1. und 2. genannten Produkte vor Ort hergestellt werden;
    4. 4. Fließestriche auf Zementbasis,
    5. 5. Porenbetone, die autoklaviert werden und Porenbetone, die nicht autoklaviert werden und bei deren Herstellung stattdessen ein alternatives Verfahren zur Aufschäumung verwendet wird, wie zum Beispiel ein Schäummittel oder Porenbildner. Porenbetone können industriell vorgefertigt oder auf der Baustelle hergestellt und eingebaut werden.
  • In der Regel basieren Betone, aus denen die unter 1. bis 5. genannten Produkte hergestellt werden, auf Zement als anorganischem Bindemittel. Diese Betone können besonders geeigneter Weise als zusätzliches Bindemittel Gips, Tonerdeschmelzzement und Kalk in variierenden Anteilen im Bindemittelmix enthalten. Üblicherweise werden dem Beton Aggregate wie Kies, Sand und Schotter, Beimahlstoffe wie Aschen, Hochofenschlacken oder Silikastäube und chemische Additive zur Verbesserung, Erzielung oder Vermeidung bestimmter Eigenschaften im fertigen Beton oder zur Optimierung des Mischprozesses zugegeben.
  • Besonders bevorzugt beträgt der Anteil der Komponente a) mindestens 40 Gew.-%, insbesondere mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 55 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, insbesondere mindestens 65 Gew.-%. Der maximale Anteil der Komponente a) liegt vorzugsweise bei höchstens 90 Gew.-%, insbesondere höchstens 85 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 80 Gew.-%. Ein besonders bevorzugter Bereich für die Komponente a) beträgt dabei von 50 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 85 Gew.-%, weiter bevorzugt von 65 bis 80 Gew.-%.
  • Besonders bevorzugt beträgt der Anteil der Komponente b) mindestens 10 Gew.-%, insbesondere mindestens 12 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 15 Gew.-%. Der maximale Anteil der Komponente b) liegt vorzugsweise bei höchstens 40 Gew.-%, insbesondere höchstens 35 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 30 Gew.-%. Ein besonders bevorzugter Bereich für die Komponente b) beträgt dabei von 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 12 bis 35 Gew.-%, weiter bevorzugt von 15 bis 30 Gew.-%.
  • Besonders bevorzugt beträgt der Anteil der Komponente c) mindestens 0,1 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 1 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 2 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, insbesondere mindestens 7 Gew.-%. Der maximale Anteil der Komponente c) liegt vorzugsweise bei höchstens 35 Gew.-%, insbesondere höchstens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 25 Gew.-%. Ein besonders bevorzugter Bereich für die Komponente c) beträgt dabei von 0,1 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 30 Gew.-%, weiter bevorzugt von 4 bis 25 Gew.-%.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung besteht die Wirkkomponente des Baustoffadditivs aus
    1. a) 55 bis 85 Gew.-%, insbesondere 65 bis 80 Gew.-%, mindestens eines Polyethylenglykols,
    2. b) 12 bis 35 Gew.-%, insbesondere 15 bis 30 Gew.-%, mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichen ethoxylierten Harzen und ethoxylierten Kunstharzen und
    3. c) 2 bis 30 Gew.-%, insbesondere 4 bis 25 Gew.-%, mindestens eines Entschäumers.
  • Eine solche Zusammensetzung bewirkt eine besonders schnelle Trocknung bei gleichzeitig gegebener guter Verarbeitbarkeit des Baustoffes.
  • Es zeigt sich, dass die Trocknungswirkung von den Komponenten a und b erzielt wird. Die Komponenten a und b neigen jedoch dazu, in wässriger Lösung Luftporen zu bilden. Luftporen führen zur Gewichtsreduktion des Betons und damit zu einer reduzierten Festigkeit des getrockneten Betons. Um diesen Effekt zu minimieren, ist es daher besonders vorteilhaft, wenn mit Komponente c ein Entschäumer beigegeben wird. Dabei ist grundsätzlich jeder Entschäumer geeignet. Allerdings sind Entschäumer auf Silikonbasis weniger geeignet, da sie die Betonfestigkeit reduzieren. Ebenfalls weniger geeignet, aber verwendbar sind Entschäumer, die nur in bestimmten Temperaturbereichen stabil sind, solche, die nicht frostresistent sind oder diejenigen, die einen bestimmten pH-Wert benötigen, der von dem des in Wasser gelösten Bindemittels abweicht.
  • Das eingesetzte Polyethylenglykol (PEG), das auch als Macrogol bezeichnet wird, weist vorzugsweise ein Molgewicht Mw von mindestens 200 g/mol, insbesondere von mindestens 500 g/mol, bevorzugt mindestens 1.000 und besonders bevorzugt mindestens 1.500 g/mol auf. Weiterhin bevorzugt weist das eingesetzte PEG ein Molgewicht von bis zu 20.000 g/mol, vorzugsweise bis zu 10.000 g/mol und besonders bevorzugt von bis zu 8.000 g/mol auf. Bevorzugt beträgt das Molgewicht des Polyethylenglykols von 200 bis 20.000 g/mol, insbesondere von 500 bis 15.000 g/mol, besonders bevorzugt von 1.000 bis 10.000 g/mol und ganz besonders bevorzugt von 1.500 bis 8.000 g/mol.
  • Neben einfachem, d. h. unsubstituiertem, PEG kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch Methoxy-Polyethylenglycol (MPEG), d. h. methyliertes Polyethylenglycol, oder eine Mischung aus einem oder mehreren PEGs und/oder einem oder mehreren MPEGs als Komponente a) zum Einsatz kommen, Das eingesetzte MPEG weist vorzugsweise ein Molgewicht Mw von mindestens 200 g/mol, insbesondere von mindestens 500 g/mol, bevorzugt mindestens 750 g/mol auf. Weiterhin bevorzugt weist das eingesetzte PEG ein Molgewicht von bis zu 20.000 g/mol, vorzugsweise bis zu 10.000 g/mol und besonders bevorzugt von bis zu 5.000 g/mol und insbesondere von bis zu 2.000 g/mol auf. Durch die Verwendung von MPEG wird die Gesamtrocknungsgeschwindigkeit positiv beeinflusst, indem die zeitliche Verzögerung durch den Trocknungsprozess eingeschränkt wird, da der Trocknungsvorgang linear verläuft.
  • Die Komponente b) ist ein natürliches Harz oder ein Kunstharz, welches durch chemische Anpassung wasserlöslich wird. Hierzu wird das Harz ethoxyliert. Ethoxylierung ist die Anlagerung von Ethylenoxid (Oxiran) an das Harz. Das Verfahren ist dem Fachmann hinreichend bekannt.
  • Mögliche Kunstharze, die für die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommen können, sind Phenolharze, Epoxidharze, Polyesterharze, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harze (ABS-Harze), Polyacrylate, Alkydharze, Polyurethanharze, Polyamidharze, Vinylesterharze und Furanharze.
  • Natürliche Harze sind für die vorliegende Erfindung besonders bevorzugt.
  • Als natürliche Harze sind Tallöl, Wurzelharz, Balsamharz, als Kolophonium bezeichnete Harze und weitere Harze auf Bernsteinbasis und Addukte von Maleinsäure ganz besonders bevorzugt, insbesondere Kolophonium ist als bevorzugtes natürliches Harz zu nennen. Weitere bevorzugte Verbindungen als Komponente b) sind Diterpensäuren und Triterpensäuren und ihre Seifen (insbesondere die Kalium- und Natriumseifen). Besonders bevorzugt unter den Diterpensäuren sind Abietane, vor allem Abietinsäure, Neoabietinsäure, Levopimarsäure, Palustrinsäure, Dehydroabietinsäure, sowie Pimarane und Isopimarane, insbesondere Pimarsäure, Sandaracopimarsäure und Podocarpinsäure, und Labdane, insbesondere Copalsäure, Eperuesäure, Labdanolsäure, Polyalthinsäure, Pinifolsäure. Bei den Triterpensäuren sind folgende Substanzen besonders bevorzugt: Dammarolsäure, Tirucallane, insbesondere (Iso)-Masticadienonsäure, Elemolsäure und Elemonsäure, Oleanane, insbesondere Oleanonsäure, Oleanolsäure, Moronsäure und α-Boswelliasäure, Ursane, insbesondere Ursolsäure, Ursonsäure und β-Boswelliasäure sowie das Lupan Lupeolsäure. Auch die aromatischen Säuren Zimtsäure und Benzoesäure sowie deren Benzyl- und andere Ester sind besonders geeignet.
  • Der Entschäumer (Komponente c) kann aus einer enormen Vielzahl möglicher Entschäumer gewählt werden. Verfügbare Arten von Entschäumern sind Silikon-, Polymer- und mineralölbasierte Entschäumer. Silikonbasierte Entschäumer sind als Konzentrat, Emulsion, Pulver oder Lösung verfügbar. Polymerbasierte Entschäumer können als Konzentrat, Emulsion oder Lösung vorliegen. Besonders bevorzugte polymerbasierte Entschäumer sind solche auf Basis von Polyalkylenglycolethern. Mineralölbasierte Entschäumer sind als Konzentrat oder Emulsion verfügbar. Grundsätzlich können alle Varianten als gefriergetrocknete Version in Pulverform vorliegen. Die allermeisten Varianten eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, da sie die Luftporen, die von Komponenten a) und b) erzeugt werden, eliminieren. Unterschiede zeigen sich wie folgt:
    • A- Im Wirkungsgrad:
      In der einzusetzenden Menge, um die im Mischprozess entstehenden Luftporen hinreichend zu eliminieren.
    • B- In der Verträglichkeit mit dem Bindemittel:
      Eine Unverträglichkeit zeigt sich, indem die 28-Tage Festigkeit der hergestellten Prüflinge nicht die erforderliche Mindestfestigkeit erreicht und die Prüflinge eine geringere Festigkeit aufweisen als das 0-Muster.
    • C- Temperaturempfindlichkeit:
      Das hergestellte Baustoffadditiv ist nicht frostsicher. Entweder verliert er seine Wirkung nach Frosteinwirkung komplett oder er muss durch aufwendiges Erwärmen wieder aktiviert werden.
  • Silikonbasierte Entschäumer schwächen das Betongefüge und verringern die Endfestigkeit eines Betons, da Silikon, wie dem Fachmann bekannt, die Kristallbildung im Beton behindert. Der Einsatz silikonbasierter Entschäumer ist möglich, aber nur sinnvoll, wenn die erforderlichen Mindestfestigkeiten des Betons auch erreicht werden. Im Estrich würde das zu einem erhöhten Einsatz von Zement in der Herstellung führen, weshalb silikonbasierte Entschäumer weniger geeignet sind. Ihr Einsatz ist dann sinnvoll, wenn die Beigabe des Baustoffadditivs in Pulverform erfolgen muss.
  • Polymerbasierte Entschäumer sind temperaturempfindlich. Bei niedrigen Temperaturen kann sich ein Frostschaden einstellen, der mühsames Erwärmen des Baustoffadditivs notwendig machen kann. Oft ist ein Frostschaden nicht reversibel, das Baustoffadditiv verliert seine Wirksamkeit insgesamt, und das Baustoffadditiv muss entsorgt werden. Bei zu hohen Temperaturen kann der Entschäumer im Baustoffadditiv seine Wirkung zumindest teilweise verlieren und muss aufwendig entsorgt werden.
  • Besonders bevorzugt für die vorliegende Erfindung sind mineralölbasierte Entschäumer, die zwar auch frostempfindlich sein können, jedoch ist eine Wirkungseinschränkung durch Frost zumeist reversibel. Hohe Temperaturen (>35°C) sind meistens kein Problem.
  • Die folgende Tabelle 1 liefert einen Überblick:
    • Entschäumer
  • Entschäumer Varianten und Ihre Trocknungswirkung i.V.m. Komponenten a und b gegenüber dem 0-Muster Tabelle 1: Entschäumer
    Bezeichnung Lieferant Typ Trocknungswirkung i.V.m Komponenten a) und b) gegenüber 0-Muster Nachteil
    Dispelair 262 BCD Chemie, Hamburg Ölbasiert stark beschleunigend -
    Dispelair 268 BCD Chemie, Hamburg Ölbasiert stark beschleunigend -
    Dispelair 707 BCD Chemie, Hamburg Polymerbasiert stark beschleunigend nicht frostsicher, temperaursensitiv
    Hoesch LVW Hoesch Chemie, Düren Polymerbasiert stark beschleunigend nicht frostsicher, temperatursensitiv
    Foam Clear Esca-NP Basildon Chemicals, Abington, UK Polymerbasiert stark beschleunigend
    KCC BC 2670 Basildon Chemicals, Abington, UK Polymerbasiert stark beschleunigend
    Xiameter AFE 0400 BCD Chemie, Hamburg Silikonbasiert stark beschleunigend Festigkeitsreduzierend
    Xiameter ACP 1266 BCD Chemie, Hamburg Silikonbasiert stark beschleunigend Festigkeitsreduzierend
    Hoesch FDP Hoesch Chemie, Düren Silikonbasiert stark beschleunigend Festigkeitsreduzierend
    ViaPor 9010 CASEA Gips, Ellrich Silikonbasiert, Pulver beschleunigend Festigkeitsreduzierend, hohe Einsatzmenge
    Berolan DF-100 CASEA Gips, Ellrich Silikonbasiert, Pulver beschleunigend Festigkeitsreduzierend, hohe Einsatzmenge
    CliqSmart CM 110 CASEA Gips, Ellrich Silikonbasiert, Pulver beschleunigend Festigkeitsreduzierend, hohe Einsatzmenge
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind polymerbasierte Entschäumer, mineralölbasierte Entschäumer oder Entschäumer, die auf pflanzlichen oder tierischen Ölen basieren, bevorzugt, wobei polymerbasierte und mineralölbasierte Entschäumer besonders bevorzugt sind. Besonders bevorzugte polymerbasierte Entschäumer sind solche auf Basis von Polyalkylenglycolethern. Ölbasierte Entschäumer können als Emulsion oder Konzentrat vorliegen. Alle getesteten Varianten erfüllen den Zweck und entfernen die Luftporen aus einer wässrigen Lösung der Komponenten a) und b). Ein Produktbeispiel für mineralölbasierte Entschäumer ist Dispelair 268 der BCD Chemie, Hamburg oder BC2370 der Hoesch Chemie, Düren. Pflanzenöle liegen vorzugsweise als Kombination von Mono- oder Diglyceriden einer Speisefettsäure vor. Ein Beispiel ist der Emulgator E471, der in der Lebensmittelindustrie in Brot und Backwaren eingesetzt wird.
  • Weiterhin geeignet als Entschäumer sind Polydimethylsiloxan und Silikonmischungen wobei das Molgewicht Mw hier keine Rolle zu spielen scheint. Produktbeispiele sind Dispelair 392 der BCD Chemie, Hamburg oder Hoesch FDP der Hoesch Chemie, Düren, die vergleichbare Trocknungsergebnisse liefern wie Ölbasierte Entschäumer, aber bei den Endfestigkeiten nach 28 Tagen Schwächen aufweisen können. Auch Trin-butyl-phosphat und Triisobutylphosphat sind als Entschäumer sehr geeignete Verbindungen. Die genannten Substanzen sind besonders gut dazu in der Lage, die Luftporen, die das Polyethylenglykol und das ethoxylierte natürliche Harz oder das ethoxylierte Kunstharz (Komponenten a) und b)) bilden und die die Stabilität des Baustoffes beeinträchtigen können, zu zerstören bzw. zu neutralisieren. Es werden keine Schaumblasen mehr geworfen, und es ergibt sich eine außerordentlich günstige Packstruktur des Baustoffes, was eine verbesserte und vereinfachte Verarbeitung des Betons bewirkt. Der Arbeitseinsatz bei der Herstellung eines Estrichs reduziert sich so um mindestens 10%.
  • Zusätzlich zur Wirkkomponente kann das Baustoffadditiv noch eine Zusatzkomponente enthalten, die dem Baustoff weitere positive Eigenschaften verleiht. Als Zusatzkomponente kommen in Frage ein Salz, ein Mittel zur Einstellung des pH-Werts, ein Antioxidationsmittel, eine Verarbeitungshilfe, ein Verflüssigungsmittel, ein Farbstoff und/oder ein Konservierungsmittel. Solche weiteren Bestandteile, die auf dem Gebiet der Betone und Gipse üblich sind, sind z.B. Salze wie Calciumnitrat, pH-Einstellmittel, Antioxidationsmittel oder Konservierungsmittel. Der Anteil solcher optionalen weiteren Bestandteile als Zusatzkomponente, falls vorhanden, liegt vorzugsweise unter dem der Wirckomponente und beträgt bevorzugt maximal 70 Gew.-%, besonders bevorzugt nicht mehr als 20 Gew.-% der Wirkkomponente.
  • Das Baustoffadditiv kann dem Bindemittelmix als Pulver ohne weitere Hilfsstoffe zugegeben werden. Liegt das Additiv in Pulverform oder anderer trockener Form vor kann es dem Zementpulver oder jedem anderen Bestandteil des Betons beigegeben werden. Eine Variante der Herstellung des Additivs als Pulver ist die Gefriertrocknung.
  • Das Baustoffadditiv kann in einer bevorzugten Ausführungsform somit als trockener Feststoff, als Pulver oder in jeder anderen nicht flüssigen Art hergestellt und eingesetzt werden. Hierzu können die Komponenten oder das Baustoffadditiv als Ganzes gefriergetrocknet werden, und/oder es werden feste oder pulverförmige Varianten der Komponenten a, b und/oder c ausgewählt, die als Gemisch entweder zu den trockenen Bestandteilen des Betons oder in das Anmachwasser gegeben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das zunächst in flüssiger Form vorliegende Baustoffadditiv als Ganzes gefriergetrocknet und dem Bindemittelmix oder dem gesamten Baustoffmix, also der Mischung aus Bindemittelmix und den weiteren Feststoffen wie Aggregaten, Beimahlstoffen und/oder Additiven zugegeben. Man erhält einen fertigen Bindemittelmix oder Baustoffmix einschließlich Baustoffadditiv, so dass nur noch Wasser zugegeben werden muss.
  • Vorzugsweise wird das Baustoffadditiv dem Bindemittelmix als Flüssigkeit, gelöst in Wasser als Hilfsmittel, beigegeben, so dass es bevorzugt als wässriges flüssiges Baustoffadditiv vorliegt. Dabei beträgt der Wasseranteil besonders vorteilhaft 0,1 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 90 Gew.-%, insbesondere 25 bis 85 Gew.-%, und ganz besonders bevorzugt 35 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Baustoffadditiv-Wasser-Lösung.
  • Das Baustoffadditiv kann also als reine Wirkstoffkomponenten vorliegen und damit hochdosiert sein. Die Konzentration der Wirkstoffkomponenten a, b und c kann hier 100 Gew.-% betragen, wenn dem Baustoffadditiv keine weitere Substanz/Zusatzkomponente zugesetzt ist, was bevorzugt ist.
  • Ebenso kann das Baustoffadditiv in wässriger Lösung verdünnt vorliegen und als Flüssigkeit zugegeben werden. Letzteres ermöglicht eine besonders einfache Dosierung. Ein bevorzugtes Wasser-Wirkstoff-Verhältnis liegt bei Wasser : Wirkstoff = 20 : 80 bis 80 : 20. Solche Konzentrationen ermöglichen eine gute Dosierung, um im Endprodukt die gewünschte Menge Wirkstoff enthalten zu haben.
  • Wird das Baustoffadditiv auf der Baustelle in das Anmachwasser gegeben, so ist die Konzentration des Baustoffadditivs im Anmachwasser und somit in der Gesamtmischung erheblich geringer. Die Konzentration liegt dann im Promillebereich. Auf 1 Liter Anmachwasser kommen vorzugsweise zwischen 0,3 und 7 Gew.-‰, insbesondere zwischen 0,5 und 3 Gew.-‰ an Baustoffadditiv. Trotz dieser scheinbar geringen Konzentration ist das Baustoffadditiv vollumfänglich effektiv. Bei der Bestimmung der Menge an Anmachwasser ist der Feuchtigkeitsgehalt im Kies zu berücksichtigen.
  • Wenn man von einer üblichen Estrichmischung ausgeht, die auf 200 I Mischung 34 I Wasser enthält, ist das Baustoffadditiv in der fertigen Estrichmischung vorzugsweise mit einem Gehalt von 0,05 bis 1 Gew.-‰, insbesondere von 0,1 bis 0,5 Gew.-‰, enthalten. Die erforderliche Menge des Baustoffadditivs sollte dabei proportional zur Menge des eingesetzten Zementes gewählt werden, wird jedoch von Faktoren wie Zementgüte, Mahlfeinheit des Zements, Kornverteilung des Zements und Beimahlstoffen im Zement beeinflusst.
  • Die Beigabe des flüssigen Baustoffadditivs kann in das Anmachwasser oder in jede beliebige Komponente des Betons erfolgen. Bevorzugt ist jedoch die Beigabe in das Anmachwasser.
  • Das Baustoffadditiv kann auch in Zwischenformen, weder fest noch flüssig vorliegen, also als Gel oder zähe Masse.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Baustoffadditivs als Trocknungsbeschleuniger zur Beschleunigung des Trocknungsvorganges bei Baustoffen auf Zementbasis. Wie bereits oben beschrieben, weist das erfindungsgemäße Baustoffadditiv hervorragende trocknungsbeschleunigende Eigenschaften auf und ermöglicht, dass die nach den entsprechenden Normen geforderten Restwassergehalte innerhalb kürzerer Zeit erreicht werden, als dies bei herkömmlichen Baustoffen auf Zementbasis ohne das erfindungsgemäße Baustoffadditiv der Fall ist.
  • Wie oben ausgeführt, bedeutet die Formulierung "Baustoff auf Zementbasis" dabei, dass es sich um einen Baustoffmix, also eine Mischung aus Bindemittel, Kies und Wasser handelt, bei dem das Bindemittel zu mindestens 50 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 60 Gew.-% und besonders bevorzugt zu mindestens 70 Gew.-% aus Zement besteht, während andere Bindemittel wie insbesondere Gips und Kalk insgesamt zu maximal 49 Gew.-%, insbesondere maximal 40 Gew.-% und besonders bevorzugt zu maximal 30 Gew.-% enthalten sind. Besonders bevorzugt weist das Bindemittel einen CEM I nach DIN EN 197 auf, da dieser die benötigten Festigkeiten verlässlicher erreicht.
  • Dabei beträgt der Gewichtsanteil des Baustoffadditivs an der Mischung aus Baustoff und Baustoffadditiv vorzugsweise von 0,05 bis 1 Gew.-‰, insbesondere von 0,1 bis 0,5 Gew.-‰.
  • Wie oben bereits ausgeführt, stellt sich die Frage, ob die durch das Baustoffadditiv reduzierte verfügbare Wassermenge, die für die Hydratation bereitsteht, das Betongefüge derart an der Kristallisation hindert und derart schwächt, dass geforderte Mindestfestigkeiten nicht mehr erreicht werden. Es zeigt sich jedoch das Gegenteil. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Baustoffadditivs werden höhere Festigkeitswerte erreicht als ohne das Baustoffadditiv, das somit auch als Festigkeitsverstärker für Beton und Betonprodukte wirkt, so dass die vorliegende Erfindung auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Baustoffadditivs als Festigkeitsverstärker für Beton und Betonprodukte betrifft. Beton mit dem erfindungsgemäßen Baustoffadditiv weist eine erhöhte Festigkeit und Frühfestigkeit (Biegezug- und oder Druckfestigkeit) auf.
  • Darüber hinaus reduziert das erfindungsgemäße Baustoffadditiv den Wasserbedarf einer Betonmischung, das Baustoffadditiv wirkt also als Fließmittel. Am Beispiel Estrich zeigt sich, dass der Wasserbedarf bei der Herstellung des Estrichs im Estrichmischer erheblich sinkt. Bei einem Mischervolumen von 200 Litern beträgt der Wasserbedarf eines herkömmlichen CTF4 Estrichs 34 Liter. Abhängig von der Art und Feuchte des eingesetzten Kieses und des Zements wird dieser Wasserbedarf bei Einsatz des erfindungsgemäßen Baustoffadditivs um 10-25% reduziert. Die vorliegende Erfindung betrifft daher des Weiteren die Verwendung des erfindungsgemäßen Baustoffadditivs als Verarbeitungshilfe für Beton.
  • Besonders bevorzugt weist das erfindungsgemäße Baustoffadditiv alle Wirkungen gemeinsam auf, d. h. es wirkt als Trocknungsbeschleuniger, als Verarbeitungshilfe, als Fließmittel und als Festigkeitsverstärker für Beton auf Zementbasis. Damit verbessert und vereinfacht das erfindungsgemäße Baustoffadditiv die Betonverarbeitung in vielerlei Hinsicht maßgeblich.
  • Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Baustoffe auf Zementbasis, die das erfindungsgemäße Baustoffadditiv enthalten. Dabei ist der Baustoff insbesondere ein vorgefertigtes Fertigbetonelement, ein Betonformteil, ein Baustellenbeton, ein Transportbeton oder ein Estrich, insbesondere ein Fließestrich.
  • Besonders bevorzugt enthält der Bindemittelmix oder der gesamte Baustoffmix, also die Mischung aus Bindemittelmix und den weiteren Feststoffen wie Aggregaten, Beimahlstoffen und/oder Additiven, das Baustoffadditiv in gefriergetrockneter Form. Dazu wird Baustoffadditiv, das zunächst als Flüssigkeit hergestellt wurde, als Ganzes gefriergetrocknet und dann dem Bindemittelmix oder dem Baustoffmix zugegeben. Man erhält einen fertigen Bindemittelmix oder Baustoffmix einschließlich Baustoffadditiv, so dass nur noch Wasser zugegeben werden muss. Man erhält auf diese Weise Schnellzement oder Schnellbeton.
  • Alle vorstehend zum Baustoffadditiv beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Verwendung und den erfindungsgemäßen Baustoff.
  • Der Baustoff kann neben den genannten Komponenten weitere übliche Zusatzmittel enthalten. Beispiele sind Korrosionsinhibitoren, Fließmittel, Schwindreduzierer oder Pigmente.
  • Gerade für Estriche ist die vorliegende Erfindung besonders geeignet, da die Trocknungsdauer, der Verarbeitungsaufwand, der initiale Wasserbedarf und die Festigkeitsentwicklung gerade für Estriche oftmals von besonderer Bedeutung sind, da hier die Belegreife eine wichtige Größe ist und das möglichst schnelle Trocknen eines Estrichs im Bau überaus wünschenswert ist.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Zementestrichs umfasst die folgenden Schritte:
    1. a) das Mischen von Komponenten umfassend Zement, Gesteinskörnung, Wasser und den erfindungsgemäßen Baustoffadditivs wie vorstehend beschrieben, um eine Estrichmischung zu erhalten,
    2. b) das Verteilen der Estrichmischung in die gewünschte Form/auf der Ausbringungsfläche und
    3. c) das Trocknen/ Aushärten der Estrichmischung.
  • Im ersten Schritt des Verfahrens werden Komponenten umfassend Zement, Gesteinskörnung, Wasser und das erfindungsgemäße Baustoffadditiv gemischt, um eine Estrichmischung zu erhalten. Um einen erfindungsgemäßen CTF4 Estrich (F4 steht für Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen von mindestens 4,0 N/mm2 oder mehr) zu erhalten werden pro m3 die folgenden Mengen benötigt: Zement (bevorzugt Portlandzement Cem I) 270kg, Kies 1705kg, Wasser 170,1kg und 0,75 Liter des erfindungsgemäßen Baustoffadditivs der Variante 1 (s.u.). Die Reihenfolge, in der die Komponenten gemischt werden, ist beliebig. Bevorzugt gibt man jedoch das Baustoffadditiv in das Wasser zu. Die üblichen Mischvorschriften zur Herstellung solcher Zementmischungen sind einzuhalten.
  • Wie allgemein bekannt, ist Zement ein anorganisches, hydraulisches Bindemittel. Bei Zugabe von Wasser bilden sich aus den Zementklinkerphasen Hydrate, wobei Wasser gebunden wird und der Zementleim sich unter Bildung des festen Zementsteins bzw. Zementprodukts verfestigt bzw. aushärtet. Der Zement umfasst vorzugsweise Portlandzement. Zur Herstellung von Zement wird Klinker bzw. Zementklinker entweder allein oder mit weiteren Hauptbestandteilen und/oder bis zu 5 Gew.-% Nebenbestandteilen fein gemahlen. Zur Regelung des Erstarrens wird ferner Calciumsulfat (Gips und/oder Anhydrit) in den Nebenbestandteilen zugesetzt.
  • Als weitere Hauptbestandteile und/oder Nebenbestandteile zur Herstellung des Zements können latent hydraulische und/oder puzzolanische und/oder inerte Zusatzstoffe zugesetzt werden. Beispiele sind Hüttensandmehl, Puzzolane, wie getempertes Phonolith oder Trass, Flugaschen, gebrannter Ölschiefer, Kalksteinmehl und Silikastaub. Zemente werden gemäß der Zusammensetzung klassifiziert. Hierfür existieren unterschiedliche, teilweise länderspezifische Normen, z.B. die DIN EN 197-1, in der die Zemente bezüglich des Anteils an Zementklinker und, falls vorhanden, der Art und Menge weiterer Bestandteile klassifiziert werden. Das erfindungsgemäße Additiv ist für alle Zementtypen geeignet, insbesondere für Portlandzement und Portlandkompositzemente, die neben Portlandzement z.B. mindestens einen weiteren Hauptbestandteil ausgewählt aus Hüttensandmehl, Silikastaub, Puzzolanen, Flugaschen, gebranntem Ölschiefer oder Kalksteine umfassen. Für Estriche sind Portlandkompositzemente bevorzugt.
  • Gemäß Klassifizierung in der Norm DIN EN 197-1 handelt es sich daher bevorzugt um einen Zement vom Typ CEM I (Portlandzement) oder CEM II (Portlandkompositzement). Für Estriche besonders geeignet ist ein Zement vom Typ CEM I und CEM II/A oder CEM II/B mit Kalksteinmehl der Klasse 42,5 R oder 42,5 N. Natürlich eignen sich auch Zementtypen, die bezüglich einer anderen Norm klassifiziert sind.
  • Je nach Anwendung variierend kann der Bindemittelmix Tonerdezement enthalten. Zwar ist Tonerdezement kostspielig, aber es hilft der Aushärtung von Portlandzement. Diese kann so schnell erfolgen, dass der Feststoffmix verzögert werden muss, um verarbeitbar zu bleiben. Portland/Tonerdezement schwindet zum Teil stark. Trocknungsgeschwindigkeit und Schwinden machen Tonerdezement keinen sinnvollen Bestandteil eines Estrichs, jedoch können andere Anwendungen diese Kombination bevorzugen. Auch beim Estrich kann der eingesetzte Bindemittelmix geringe Mengen an Tonerdezement enthalten, wobei nicht mehr als 5 Gew.-%, bevorzugt nicht mehr als 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittelmixes Tonerdezement sein können, was aber wie gesagt nicht bevorzugt ist.
  • Als Gesteinskörnung können die üblichen Materialien verwendet werden, wie z.B. Rundkorn oder gebrochene Sande und/oder Kies, wobei eine Gesteinskörnung bis 8 mm bevorzugt wird. Eine Estrichmischung kann z.B. bis 4 mm Größtkorn, oder ein Beton bis 8 mm Größtkorn enthalten. Estriche werden auf Böden jeder Art aufgebracht, um eine feste, ebene Basis zu bieten. Die Estrichmischung ist bevorzugt kein Fließestrich.
    • Beispiel Baustoffadditive (alle Angaben pro kg) Baustoffadditiv Variante 1:
    • 20,0 Gew.-% PEG 4000 (Molgewicht 4.000g/mol)
    • 2,5 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 2,0 Gew.-% Entschäumer, Antifoam LVW der Julius Hoesch AG
    • 75,5 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 2:
    • 5,0 Gew.-% PEG 8000 (Molgewicht 8.000 g/mol)
    • 20,0 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 1,5 Gew.-% Entschäumer XiaMeter AF-0400 der DOW Europe
    • 73,5 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 3:
    • 1,5 Gew.-% PEG 6000 (Molgewicht 6.000g/mol)
    • 2,0 Gew.-% % ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 1,5 Gew.-% Entschäumer DISPELAIR 707 der BCD Chemie
    • 95,0 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 4:
    • 30 Gew.-% PEG 500 (Molgewicht 500g/mol)
    • 3,0 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 15,0 Gew.-% Entschäumer Berolan DF-100 der CASEA Deutschland GmbH
    • 52,0 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 5:
    • 10 Gew.-% PEG 1000 (Molgewicht 1.000g/mol)
    • 4,0 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 4,0 Gew.-% Entschäumer Dispelair 268, BCD Chemie, Hamburg
    • 77,0 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 6:
    • 27,5 Gew.-% PEG 2000(Molgewicht 2.000g/mol)
    • 12,0 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 15,0 Gew.-% Entschäumer Xiameter AFE 1266
    • 45,5 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 7:
    • 6,0 Gew.-% PEG 10000 (Molgewicht 10.000g/mol)
    • 0,5 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 1,0 Gew.-% Entschäumer Hoesch FDP der Hoesch Chemie
    • 92,5 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 8:
    • 5,0 Gew.-% PEG 12000 (Molgewicht 12.000g/mol)
    • 5,0 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 4,0 Gew.-% Entschäumer Hoesch LVW der Hoesch Chemie
    • 86,0 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 9:
    • 10,0 Gew.-% PEG 1500 (Molgewicht 1.500g/mol)
    • 3,0 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 0,7 Gew.-% Entschäumer KCC Basildon BC 2370 der Basildon Chemicals
    • 86,3 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 10:
    • 15,0 Gew.-% PEG 2000 (Molgewicht 2.000g/mol)
    • 6,0 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 1,2 Gew.-% Entschäumer KCC Basildon Foam Clear Esca-NP der Basildon Chemicals
    • 77,8 Gew.-% Wasser
    Baustoffadditiv Variante 11:
    • 15,0 Gew.-% MPEG 750 (Molgewicht 750g/mol)
    • 6,0 Gew.-% ethoxyliertes natürliches Harz (Molgewicht der Ethoxylierung 50g/mol) - UFlakes der Firma Levaco
    • 0,1 Gew.-% Entschäumer KCC Basildon Foam Clear Esca-NP der Basildon Chemicals
    • 78,9 Gew.-% Wasser
    Beispiele Betonmischungen Beispiel 1: Estrich CTF4 mit Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen > 4,0 N/mm2
  • Ein Estrich der Klasse CTF4 besteht aus den Bestandteilen Zement, Wasser und Kies. Pro m3 werden die folgenden Mengen benötigt:
    • Zement (z.B. Cem I, 42,5N) 270 kg,
    • Kies 1705 kg,
    • Wasser 170,1 kg
    • ein Baustoffadditiv der Varianten 1 bis 11 in einer Menge von 0,35 kg.
  • Die Mischung erfolgt üblicherweise in einem Estrichmischer, welcher üblicherweise 200 bis 220 Liter Mischvolumen besitzt. Die Mischreihenfolgen ist beliebig, jedoch hat sich in der Praxis die folgende Reihenfolge etabliert: 1. Teilmenge Kies, 2. Zement, 3. Wasser, 4. Restmenge Kies. Dabei wird das Baustoffadditiv vorab dem Wasser beigegeben, damit es sich besser im Mischer verteilt.
    • Beispiel 2: Transportbeton für Bodenplatten, Festigkeitsklasse C 2025:
  • Ein Transportbeton der Klasse C2025 besteht aus den Bestandteilen Zement, Wasser, Aggregate und Additive.
  • Pro m3 werden die folgenden Mengen benötigt:
    • Zement (Cem I, 52,5R) 350kg,
    • Aggregate (einschließlich Mehlkorn und Feinstsand) 600kg
    • Größtkorn 410 kg
    • Wasser 165kg,
    • Additive Polypropylenfaser 20mm, 2,0 kg
    • Baustoffadditiv Variante 3, 0,5kg
  • Die Mischung erfolgt üblicherweise im Transportbetonwerk, die Anlieferung an die Baustelle erfolgt per Transportmischer. Bei der Herstellung des Betons ist die Mischreihenfolge beliebig, jedoch hat sich in der Praxis bewährt die Additive dem Anmachwasser beizugeben, damit sie sich besser in der Mischung verteilen.
    • Beispiel 3 Fertigbetonteile, Wandelemente, Festigkeitsklasse C 2025:
  • Ein Beton der Klasse C2025 besteht aus den Bestandteilen Zement, Wasser, Aggregate und Additive.
  • Pro m3 werden die folgenden Mengen benötigt:
    • Zement (Cem I, 52,5R) 350 kg,
    • Aggregate (einschließlich Mehlkorn und Feinstsand) 600 kg
    • Größtkorn 405 kg
    • Wasser 165 kg,
    • Additive: Polypropylenfaser 10 mm, 2,0 kg, Fließmittel MasterGlenium SKY 688 von BASF, 2,5 kg
    • Baustoffadditiv Variante 6, 0,5kg
    Beispiel 4: Estrich CTF5 , Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen > 5,0 N/mm2):
  • Ein Estrich der Klasse CTF5 besteht aus den Bestandteilen Zement, Wasser und Kies. Pro m3 werden die folgenden Mengen benötigt:
    Zement (Cem II, 42,5N) 335kg
    • Kies 1705kg
    • Wasser 210kg
    • Baustoffadditiv Variante 2, 0,5kg.
  • Die Mischung erfolgt üblicherweise in einem Estrichmischer, welcher üblicherweise 200-220 Liter Mischvolumen besitzt. Die Mischreihenfolgen ist gleich, jedoch hat sich in der Praxis die folgende Reihenfolge etabliert: 1. Teilmenge Kies, 2. Zement, 3. Wasser, 4. Restmenge Kies. Dabei wird das Baustoffadditiv vorab dem Wasser beigegeben, damit es sich besser im Mischer verteilt.
    • Beispiel 5: Baustellenbeton für Wandelemente: Betonmischung für Betonfertigteile
  • Ein Transportbeton der Klasse C2025 besteht aus den Bestandteilen Zement, Wasser und Kies. Pro m3 werden die folgenden Mengen benötigt:
    • Zement (Cem I, 42,5R) 350kg,
    • Aggregate (einschließlich Mehlkorn und Feinstsand) 700kg
    • Größtkorn, 22mm, 310kg
    • Wasser 165kg,
    • Additive entfallen (erlaubt sind bis 15% des Gesamtgewichts der Mischung)
    • Baustoffadditiv Variante 7, 0,75kg
  • Die Mischung wird direkt auf der Baustelle hergestellt. Bei der Herstellung des Betons ist die Mischreihenfolge beliebig, jedoch hat sich in der Praxis bewährt die Additive dem Anmachwasser beizugeben, damit sie sich besser in der Mischung verteilen.
    • Testmethoden:
  • Damit keine erhöhte Restfeuchte ins Spiel kommt werden nur die beiden Testmethoden nach Norm DIN EN 18560 Teil 1 angewandt.
    • Testmethode 1: Gravimetrische Feuchtemessung (auch Trocknung im Darr Ofen)
  • Hier wird eine Probe der hergestellten Beispielmischung entnommen und bei 105°C die nicht chemisch gebundene Feuchtigkeit herausgelöst. Die Gewichtsdifferenz aus Startgewicht und Endgewicht bei Gewichtskonstanz wird durch das Endgewicht geteilt und so die Restfeuchte in % bestimmt.
    • Testmethode 2: Calciumcarbid Methode.
  • Hier wird eine Probe entnommen und in eine Flasche ("CM Flasche") gegeben. Dazu kommen Stahlkugeln und Glasampullen mit Calciumcarbidfüllung. Dann wird die CM Flasche geschüttelt, wobei das Calciumcarbid freigesetzt wird. Das Restwasser der Probe reagiert mit dem Calciumcarbid und entwickelt ein Gas. Der durch das Gas entstehende Gasdruck wird ermittelt und daraus die Restfeuchte bestimmt.
  • Weitere Methoden zur Bestimmung der Restfeuchte sind laut DIN EN 18560 nicht zugelassen.
  • Betrachtung der Testergebnisse des Standardestrichs mit den Baustoffadditiven 1 bis 11 sowie ohne Baustoffadditiv:
    Zum Vergleich der Trocknungseigenschaften von Zementen mit den Baustoffadditiven der Varianten 1 bis 11 sowie ohne Baustoffadditiv, um also den Grad der beschleunigten Trocknung zu ermitteln, wird jeweils ein Estrich CTF4 gemäß Beispiel 1 mit den verschiedenen Baustoffadditiven bzw. ohne Baustoffadditiv hergestellt und das Trocknungsverhalten dieser Estriche verglichen. Die Restfeuchteermittlung erfolgte nach Testmethode 1 (gravimetrische Feuchtemessung im Darr-Ofen) Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 dargestellt:
    • Baustoffadditiv Wirkungsgrad des Baustoffadditivs
  • Tabelle 2: Restfeuchte bei Verwendung verschiedener Baustoffadditive
    Beschleuniger für Estrich CTF4
    Variante Komponente a Komponente b Komponente c Restfeuchte 3-Tage* Restfeuchte 7-Tage*
    1 PEG 4000 U Flakes Antifoam LVW 4,38% 3,24%
    2 PEG 8000 U Flakes Xiameter AF-0400 4,70% 3,18%
    3 PEG 6000 U Flakes Dispelair 707 3,05% 3,12%
    4 PEG 500 U Flakes Berolan DF-100 4,65% 3,43%
    5 PEG 1000 U Flakes Dispelair 268 3,41% 2,97%
    6 PEG 2000 U Flakes Xiameter AFE-1266 3,11% 2,89%
    7 PEG 10000 U Flakes Hoesch FDP 3,67% 3,07%
    8 PEG 12000 U Flakes Hoesch LVW 4,22% 3,16%
    9 PEG 1500 U Flakes KCC BC 2670 3,10% 2,86%
    10 PEG 2000 U Flakes KCC Foam-Clear Esca-NP 3,27% 2,96%
    11 MPEG 750 U Flakes KCC Foam-Clear Esca-NP 3,08% 2,76%
    12 0-Muster, keine Beigabe TB 5,43% 3,69%
    * Restfeuchte ermittelt durch gravimetrische Feuchtemessung gemäß DIN EN 18560 Teil 1 im Darr Ofen
  • Je nach Zusammensetzung des Bindemittels und des eingesetzten Baustoffadditivs ergeben sich bei den Beispielmischungen Unterschiede im Trocknungsverhalten, wobei die Trocknungsdauer der Varianten mit Baustoffadditiv im Rahmen dieser Patentschrift immer geringer ist als die ohne Baustoffadditiv.

Claims (15)

  1. Baustoffadditiv für einen Baustoff auf Zementbasis, bestehend aus einer Wirkkomponente, die aus folgenden Substanzen besteht:
    a) 35 bis 95 Gew.-%, insbesondere 50 bis 90 Gew.-%, mindestens eines Polyethylenglykols,
    b) 5 bis 45 Gew.-%, insbesondere 10 bis 40 Gew.-%, mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichen ethoxylierten Harzen und ethoxylierten Kunstharzen und
    c) 0 bis 40 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 35 Gew.-%, mindestens eines Entschäumers,
    wobei die Summe der Komponenten a), b) und c) 100 Gew.-% ergibt.
  2. Baustoffadditiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkkomponente aus
    a) 55 bis 85 Gew.-% mindestens eines Polyethylenglykols,
    b) 12 bis 35 Gew.-% mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichen ethoxylierten Harzen und ethoxylierten Kunstharzen und
    c) 2 bis 30 Gew.-% mindestens eines Entschäumers
    besteht.
  3. Baustoffadditiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkkomponente aus
    a) 65 bis 80 Gew.-% mindestens eines Polyethylenglykols,
    b) 15 bis 30 Gew.-% einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichen ethoxylierten Harzen und ethoxylierten Kunstharzen und
    c) 4 bis 25 Gew.-% mindestens eines Entschäumers
    besteht.
  4. Baustoffadditiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz b) ausgewählt ist aus mindestens einer Verbindung der Gruppe bestehend aus Tallöl, Wurzelharz, Balsamharz, Kolophonium und Addukten von Maleinsäure, wobei Kolophonium besonders bevorzugt ist.
  5. Baustoffadditiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Baustoffadditiv als Zusatzkomponente neben der Wirkkomponente weiterhin ein Salz, ein Mittel zur Einstellung des pH-Werts, ein Antioxidationsmittel, eine Verarbeitungshilfe, ein Verflüssigungsmittel und/oder ein Konservierungsmittel enthält.
  6. Baustoffadditiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz c) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus silikonbasierten, polymerbasierten und mineralölbasierten Entschäumern sowie Entschäumern auf Basis von pflanzlichen oder tierischen Ölen, wobei die polymerbasierten und die mineralölbasierten Entschäumer bevorzugt sind.
  7. Baustoffadditiv nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es als Hilfsmittel Wasser enthält, wobei der Wasseranteil 0,1 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 85 Gew.-%, insbesondere 40 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Baustoffadditiv, beträgt.
  8. Verwendung des Baustoffadditivs nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Trocknungsbeschleuniger für Baustoffe auf Zementbasis.
  9. Verwendung des Baustoffadditivs nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Festigkeitsverstärker für Beton und Betonprodukte.
  10. Verwendung des Baustoffadditivs nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Verarbeitungshilfe für Beton.
  11. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des Baustoffadditivs an der Mischung aus Baustoff und Baustoffadditiv von 0,05 bis 1 Gew.-‰, insbesondere von 0,1 bis 0,5 Gew.-‰, beträgt.
  12. Baustoff auf Zementbasis, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff des Weiteren ein Baustoffadditiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält.
  13. Baustoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff von 0,05 bis 1 Gew- ‰, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Gew- ‰ des Baustoffadditivs enthält.
  14. Baustoff nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Baustoffadditiv in gefriergetrockneter Form enthalten ist.
  15. Baustoff nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff ein vorgefertigtes Fertigbetonelement, ein Betonformteil, ein Baustellenbeton, ein Transportbeton oder ein Estrich, insbesondere ein Fließestrich, ist.
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